土木工程施工： 第一章 土方工程ppt课件

第一章土方工程 概述土方量计算与调配土方开挖的辅助工作土方工程机械化施工土方填筑 第一节概述 一 土方工程的分类 特点1 施工分类主要 场地平整 坑 槽开挖 土方填筑 辅助 施工排 降水 土壁支撑 2 施工特点 1 量大面广 2 劳动强度大 人力施工效率低 工期长 3 施工条件复杂 受地质 水文 气侯影响大 不确定因素多 3 施工设计应注意 1 摸清施工条件 选择合理的施工方案与机械 2 合理调配土方 使总施工量最少 3 合理组织机械施工 以发挥最高效率 4 作好道路 排水 降水 土壁支撑等准备及辅助工作 5 合理安排施工计划 避开冬 雨季施工 6 制定合理可行的措施 保证工程质量和安全 二 土的工程分类 按开挖的难易程度分为八类一类土 松软土 二类土 普通土 三类土 坚土 四类土 砂砾坚土 机械或人工直接开挖五类土 软石 六类土 次坚石 七类土 坚石 八类土 特坚石 爆破开挖 三 土的工程性质 1 土的可松性 自然状态下的土经开挖后 体积因松散而增加 以后虽经回填压实 仍不能恢复 最初可松性系数KS V2 V11 08 1 5最后可松性系数KS V3 V11 01 1 3V1 土在自然状态下的体积 V2 土经开挖后松散状态下的体积 V3 土经回填压实后的体积 用途 开挖 运输 存放 挖土回填 留回填松土 2 土的渗透性 土体被水透过的性质 用渗透系数K表示 K的意义 水力坡度 I h L 为1时 单位时间内水穿透土体的速度 V KI K的单位 m d 粘土 0 1 粗砂50 75 卵石100 200用途 降低水位方法 回填 3 土的质量密度 天然密度 一般 16 20KN m3干密度 d 是检测填土密实程度的指标 105 烘干3 4h 4 土的含水量 天然含水量W G湿 G干 G干 开挖 行车 25 30 陷车 边坡稳定最佳含水量 可使填土获得最大密实度的含水量 击实试验 手握经验确定 第二节土方量计算与调配 一 基坑 基槽 路堤土方量计算1 基坑土方量 按拟柱体法 V F下 4F中 F上 H 6 F下 F上 H H I I Fi 2 基槽 路堤 土方量 沿长度方向分段计算Vi 再V Vi断面尺寸不变的槽段 Vi Fi Li断面尺寸变化的槽段 Vi Fi1 4Fi0 Fi2 Li 6槽段长Li 外墙 槽底中 中 内墙 槽底净长 I I L2 L1 二 场地平整土方量 方格网法 累高法 平均断面法 一 确定场地设计标高考虑的因素 1 满足生产工艺和运输的要求 2 尽量利用地形 减少挖填方数量 3 争取在场区内挖填平衡 降低运输费 4 有一定泄水坡度 满足排水要求 场地设计标高一般在设计文件上规定 如无规定 1 小型场地 挖填平衡法 2 大型场地 最佳平面设计法 用最小二乘法 使挖填平衡且总土方量最小 1 初步标高 按挖填平衡 方法 将场地划分为每格边长10 40m的方格网 找出每个方格各个角点的地面标高 实测法 等高线插入法 则场地初步标高 H0 H11 H12 H21 H22 4MH11 H12 H21 H22 一个方格各角点的自然地面标高 M 方格个数 或 H0 H1 2 H2 3 H3 4 H4 4MH1 一个方格所仅有角点的标高 H2 H3 H4 分别为两个 三个 四个方格共用角点的标高 2 场地设计标高的调整按泄水坡度 土的可松性 就近借弃土等调整 按泄水坡度调整各角点设计标高 H0 2 双向排水时 各方格角点设计标高为 H11 H12 H21 Hn H0 L i Hn H0 Lxix Lyiy 1 单向排水时 各方格角点设计标高为 Hn 例 某建筑场地方格网 地面标高如图 格边长a 20m 泄水坡度ix 2 iy 3 不考虑土的可松性的影响 确定方格各角点的设计标高 解 1 初步设计标高 场地平均标高 H0 H1 2 H2 3 H3 4 H4 4M 70 09 71 43 69 10 70 70 2 70 40 70 95 69 71 4 70 17 70 70 69 81 70 38 4 9 70 29 m 70 09 70 09 2 按泄水坡度调整设计标高 Hn H0 Lxix Lyiy H1 70 29 30 2 30 3 70 32 70 32 70 36 70 40 70 44 70 26 70 30 70 34 70 38 70 20 70 24 H0 70 29 H2 70 29 10 2 30 3 70 36 H3 70 29 10 2 30 3 70 40 其它见图 二 场地土方量计算 1 计算各方格角点的施工高度hn hn Hn Hn 即 hn 该角点的设计标高 自然地面标高 m h1 70 32 70 09 0 23 m 正值为填方高度 0 23 0 04 0 55 0 99 0 55 0 13 0 36 0 84 0 83 h2 70 36 70 40 0 04 m 负值为挖方高度 2 确定零线 挖填分界线 插入法 比例法找零点零点连线 0 0 3 场地土方量的计算 分别按方格求出挖 填方量 再求整个场地总挖方量 总填方量 1 四角棱柱体法1 全挖 全填格 V挖 填 a2 h1 h2 h3 h4 4h1 h4 方格角点施工高度绝对值V挖 填 挖方或填方的体积 2 部分挖 部分填格 V挖 填 a2 h挖 填 2 4 h h挖 填 方格角点挖或填施工高度绝对值之和 h 方格四个角点施工高度绝对值总和 2 四方棱柱体平均高度法 略 3 三角棱柱体法 略 均见教材 三 土方的调配 在施工区域内 挖方 填方或借 弃土的综合协调 1 要求 总运输量最小 土方施工成本最低 2 步骤 1 找出零线 画出挖方区 填方区 2 划分调配区注意 1 位置与建 构筑物协调 且考虑开 施工顺序 2 大小满足主导施工机械的技术要求 3 与方格网协调 便于确定土方量 4 借 弃土区作为独立调配区 B1 B2 B3 3 找各挖 填方区间的平均运距 即土方重心间的距离 可近似以几何形心代替土方体积重心 划分调配区示例 4 列挖 填方平衡及运距表 5 调配方法 最小元素法 就近调配 顺序 先从运距小的开始 使其土方量最大 n列 m行 400 500 500 300 100 100 结果 所得运输量较小 但不一定是最优方案 总运输量97000m3 m 6 画出调配图 略 3 调配方案的优化 线性规划中 表上作业法 1 确定初步调配方案 如上 要求 有几个独立方程土方量要填几个格 即应填m n 1个格 不足时补 0 如例中 m n 1 3 4 1 6 已填6个格 满足 2 判别是否最优方案用位势法求检验数 ij 若所有 ij 0 则方案为最优解 1 求位势Ui和Vj 位势和就是在运距表的行或列中用运距 或单价 同时减去的数 目的是使有调配数字的格检验数为零 而对调配方案的选取没有影响 计算方法 平均运距 或单方费用 Cij Ui Vj 设U1 0 U1 0 V1 50 U3 10 V2 100 U2 60 V3 60 U4 20 U3 C31 V1 60 50 10 则V1 C11 U1 50 0 50 V2 110 10 100 2 求空格的检验数 ij ij Cij Ui Vj 11 50 0 50 0 有土 结论 表中 12为负值 不是最优方案 应对初始方案进行调整 30 40 80 90 50 20 13 100 0 60 40 21 70 60 50 80 12 70 0 100 30 三 方案调整调整方法 闭回路法 调整顺序 从负值最大的格开始 1 找闭回路沿水平或垂直方向前进 遇适当的有数字的格转弯 直至回到出发点 2 调整调配值从空格出发 在奇数次转角点的数字中 挑最小的土方数调到空格中 且将其它奇数次转角的土方数都减 偶数次转角的土方数都加这个土方量 以保持挖填平衡 X12 100 0 400 400 3 再求位势及空格的检验数 若检验数仍有负值 则重复以上步骤 直到全部 ij 0而得到最优解 40 50 60 50 50 U1 0 V1 50 V2 70 U2 30 U3 10 V3 60 U4 20 30 由于所有的检验数 ij 0 故该方案已为最优方案 5 求出最优方案的总运输量 400 50 100 70 500 40 400 60 100 70 400 40 94000m3 m 4 绘出调配图 包括调运的流向 数量 运距 有借 弃土时的土方调配图 第三节土方开挖的辅助工作 一 降低地下水位一 降水目的1 防止涌水 冒砂 保证在较干燥的状态下施工 2 防止滑坡 塌方 坑底隆起 3 减少坑壁支护结构的水平荷载 地下含水构造的种类 二 流砂现象1 动水压力 地下水在渗流过程中受到土颗粒的阻力 使水流对土颗粒产生的一种压力 动水压力的大小与水力坡度成正比 方向同渗流方向 GD I w h L w2 流砂原因 3 流砂的防治减小动水压力 板桩等增加L 平衡动水压力 抛石块 水下开挖 泥浆护壁 改变动水压力的方向 井点降水 当动水压力大于或等于土的浸水重度 GD 时 土粒被水流带到基坑内 主要发生在细砂 粉砂 轻亚粘土 淤泥中 三 降排水方法 1 集水井法 明排水法 用于土质较好 水量不大 基坑可扩大者挖至地下水位时 挖排水沟 设集水井 抽水 再挖土 沟 井 要求 1 排水沟 沿基坑底四周设置 底宽 300mm 沟底低于坑底500mm 坡度1 2 集水井 沿基坑底边角设置 间距20 40m 直径0 6 0 8m 井底低于坑底1 2m 长期用 有护壁和碎石压底 3 水泵 离心泵 潜水泵 污水泵 一 普通明沟排水法 二 分层明沟排水法 离心泵工作简图 2 井点降水法 1 特点效果明显 使土壁稳定 避免流砂 防止隆起 方便施工 可能引起周围地面和建筑物沉降 2 井点类型及适用范围 轻型井点降水全貌图 喷射井点 管井井点构造 引渗井点示意 水平辐射井点示意 四 轻型井点降水1 降水原理2 井点设备井管 38 51 长5 7m 常用6m 无缝钢管 丝扣连滤管 滤管 38 51 长1 1 7m 开孔 12 开孔率20 25 包滤网 总管 内 75 100无缝钢管 每节4m 每隔0 8 1或1 2m有一短接口 连接管 使用透明塑料管 胶管或钢管 宜有阀门 抽水设备 真空泵 教材 真空度高 体形大 耗能多 构造复杂射流泵 常用 简单 轻小 节能隔膜泵 少用 滤管构造 真空泵井点设备工作原理图 b 射流器构造 3 井点布置 1 平面布置单排 在沟槽上游一侧布置 每侧超出沟槽 B 用于沟槽宽度B 6m 降水深度 5m 双排 在沟槽两侧布置 每侧超出沟槽 B 用于沟槽宽度B 6m 或土质不良 环状 在坑槽四周布置 用于面积较大的基坑 单排井点平面及高程布置 环状井点平面及高程布置 2 高程布置 图 井管埋深 H埋 H1 h iL H1 埋设面至坑底距离 h 降水后水位线至坑底最小距离 一般可取0 5 1m i 地下水降落坡度 环状1 10 线状1 5 L 井管至基坑中心 环状 或另侧 线状 距离 当H埋 6m时 降低埋设面 采用二级井点 改用其它井点 4 计算涌水量Q 环状井点系统 1 判断井型 图 按照滤管与不透水层的关系 完整井 到不透水层非完整井 未到不透水层 按照是否承压水层 承压井无压井 水井的分类 2 无压完整井群井井点计算 积分解 Q 1 366K 2H S S lgR lgX0 m3 d K 土层渗透系数 m d H 含水层厚度 m S 水位降低值 m R 抽水影响半径 m R 1 95S HK 1 2 X0 环状井点系统的假想半径 m 当长宽比A B 5时 X0 F 1 2 否则分块计算涌水量再累加 F 井点系统所包围的面积 3 无压非完整井群井系统涌水量计算 近似解 以有效影响深度H0代替含水层厚度H用上式计算Q H0的确定方法 注意 1 当H0值超过H时 取H0 H 2 计算R时 也应以H0代入 4 承压完整井 Q 2 73KMS lgR lgX0 m3 d M 承压含水层厚度 m 5 确定井管的数量与间距 1 单井出水量 q 65 dlK1 3 m3 d d l 滤管直径 长度 m 2 最少井点数 n 1 1Q q 根 1 1 备用系数 3 最大井距 D L总管 n m 4 确定井距 5 确定井点数 n L总管 D 6 井点管的埋设与使用 1 埋设方法 水冲法 水枪 井管自身 高压水 钻孔法 正循环钻 反循环钻 冲击钻振动水冲法 2 使用要求 开挖前2 5天开泵降水 连续抽水不间断 水量先大后小 先混后清 防止堵塞 降水施工 3 注意问题 1 真空度0 6 0 7大气压2 死管 检查 变活3 设观测井检查水位下降情况 4 拔除井管 基坑回填后 卷扬机 支架 51 6 5m上拔力1 2 1 8t 二 边坡稳定 T CT 土体下滑力 下滑土体的分力 受坡上荷载 雨水 静水压力影响 一 条件与因素1 边坡稳定的条件 C 土体抗剪力 由土质决定 受气候 含水量及动水压力影响 2 确定边坡大小的因素 主要6个方面 土质 开挖深度 开挖方法 留置时间 排水情况 坡上荷载 动 静 无 或者说 土体的稳定条件是 在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度 二 放坡与护面1 直壁 不加支撑 的允许深度 密实 中密的砂土和砂填碎石土 1 00m 硬塑 可塑的轻亚粘土及亚粘土 1 25m 硬塑 可塑的粘土和粘填碎石土 1 50m 坚硬的粘土 2m 2 放边坡 1 边坡坡度 m 坡度系数 m B H 2 边坡形式 斜坡 折线坡 踏步 台阶 式 3 最陡坡度规定 土质均 水位低 时间短 5m深以内 下表 1 m i tg H B 1 B H 1 m 深度在5m内的基坑 基槽 管沟边坡的最陡坡度 3 边坡护面措施 覆盖法 挂网法 挂网抹面法 土袋 砌砖压坡法 喷混凝土法 土钉墙 基坑边坡护面方法示意图 d 土袋或砌石压坡护面 c 钢丝网混凝土或钢筋混凝土护面 a 薄膜或砂浆覆盖 b 挂网或挂网抹砂浆护面 三 支护结构当地质条件和周围环境不允许放坡时使用 一 选型1 横撑式支撑 1 水平衬板式 断续式 深度3m内 连续式 深度5m内 2 垂直衬板式 构造 深度不限适用于 较窄且施工操作简单的管沟 基槽 2 护坡桩挡墙 1 挡墙类型1 钢板桩2 H型钢桩3 钻孔灌注桩4 人工挖孔桩5 深层搅拌水泥土桩6 旋喷桩 2 锚固形式1 悬臂式 基坑深度 5m 2 斜撑式 基坑内有支设位置 3 锚拉式 在滑坡面外设置锚桩 4 锚杆式 地面上有障碍或基坑深度大 5 水平支撑式 土质较差或坑周围地上 地下有障碍 角部 对撑 角撑 桁架支撑 圆形支撑 拱形支撑 泛利大厦挡土支护结构构造 远洋大厦挡土支护结构构造 土层锚杆的构造及长度划分 锚固段钢绞线及灌浆管的固定 锚杆的压水钻进成孔 锚杆挖孔灌注桩挡墙护壁的形式 3 土钉墙支护作用 土钉与土体形成复合体 提高边坡稳定性和超载能力 增强土体破坏延性 特点 土体稳定性好 位移小 施工简便 费用低 对邻近建筑物影响小 分层分段施工 阶段不稳定性 适用于 地下水位以上的杂填土 粘性土 非松散砂土 边坡坡度70 90 工艺过程 挖土 喷射混凝土 打孔 插筋 注浆 铺放 压固钢筋网 喷射混凝土 挖下层土 4 地下连续墙作用 防渗 挡土 地下室外墙的一部分 适用于 坑深大 土质差 地下水位高 邻近有建 构 筑物 采用逆作法施工 工艺过程 作导槽 钻槽孔 放钢筋笼 水下灌注混凝土 基坑开挖与支撑 第四节土方工程机械化施工 一 土方机械的类型1 挖掘机械 正铲 反铲 拉铲 抓铲2 挖运机械 推土机 装载机 铲运机3 运输机械 自卸汽车 翻斗车 4 密实机械 压路机 蛙式夯 振动夯 二 常见土方机械的特点 适用范围及作业方法 1 推土机 液压式 索式 固定式 回转式工作特点 用途多 费用低 适用于 1 平整场地 运距在100m内 一 三类土的挖运 压实 2 坑槽开挖 深度在1 5m内 一 三类土 提高效率的作业方法 下坡推士 多次切土 一次推运 跨铲法 并列法 加挡板 液压履带式推土机 液压轮胎式推土机 索式履带式推土机 铲刀可回转的液压履带式推土机 并列推土法 下坡推土法 槽形推土法 分堆集中 一次推送法 2 铲运机 自行式 拖式 工作特点 运土效率高 适用于 运距60 800m 一 二类土的大型场地平整或大型基坑开挖 堤坝 填筑等作业方法 环形线路 8 字线路 助推法 铲运机下坡铲土法 双铲联运法示意图 3 单斗挖土机 类型 正铲挖掘机 反铲挖掘机 拉铲挖掘机 抓铲挖掘机 1 正铲挖土机 工作特点 前进向上 强制切土 挖土 装车效率高 易与汽车配合 适用于 停机面以上 含水量30 以下 一 四类土的大型基坑开挖作业方法 正向挖土后方卸土 正向挖土侧向卸土 正铲开挖基坑 2 反铲挖土机 工作特点 后退向下 强制切土 可与汽车配合 适用于 停机面以下 一 三类土的基坑 基槽 管沟开挖 作业方法 沟端开挖一一挖宽0 7 1 7R 效率高 稳定性好 沟侧开挖一一挖宽0 5 0 8R 反铲挖土机开挖方式 3 拉铲挖土机 工作特点 后退向下 自重切土 开挖深度 宽度大 甩土方便 适用于 停机面以下 一 二类土的较大基坑开挖 填筑堤坝 河道清淤 抓土斗工作示意图 4 抓铲挖土机 工作特点 直上直下 自重切土 效率较低 适用于 停机面以下 一 二类土的 面积小而深度较大的坑 井开挖 三 自卸汽车与挖土机的配套 原则 保证挖土机连续工作 汽车载重量 以装3 5斗土为宜 汽车数量 N 汽车每一工作循环的延续时间T 每次装车时间t 或 N 挖土机台班产量 汽车台班产量 1 四 开挖方式与注意问题 1 基坑开挖方式 1 下坡分层开挖 1 7 8的坡道 2 墩式开挖 用于无修坡道的场地 搭设栈桥时 3 盆式开挖 用于逆作法施工 下坡挖土和运土示意图 分层开挖方案 墩式开挖示意图 盆式开挖示意图 2 开挖注意问题 1 挖前先验线 2 连续开挖尽快完 防止水流入 3 坑边堆土防坍塌 及时清运 堆土0 8m以外 高 1 5m 4 严禁扰动基底土 加强测量防超挖 预留层 保护层 抄平清底打木桩 5 发现文物 古墓停挖 上报 待处理 6 注意安全 雨后复